有机肥替代化肥对设施番茄产量、品质及土壤性状的影响

赵成雷于建郭新送朱福军梁茂荣陈兰强杨保国丁方军申洋马学文

(1. 山东农大肥业科技股份有限公司/农业农村部腐植酸类肥料重点实验室，山东泰安 271000；2. 菏泽市定陶区农业技术推广中心，山东菏泽 274000；3. 诸城市农业农村局，山东诸城 261000)

蔬菜是我国仅次于粮食的第二大农作物，是消费量最大的农产品，全国蔬菜产量超7.2 亿吨，其中设施蔬菜产量占全国蔬菜总产量的35%，为我国蔬菜生产做出了突出贡献[1-2]。 山东省是蔬菜种植强省，其生产规模化水平位居全国前列，2019年种植面积为146.4 万公顷，总产量超过1亿吨，占全国蔬菜产量的13%以上[2-3]。 蔬菜生产中单施化肥、少施有机肥、水肥投入过量等不合理的现象依然严重，如山东寿光每年氮肥施用量约3 200 kg/hm2[4]，造成了土壤酸化、板结、盐渍化问题，同时常年连续生产扰动土壤环境，导致有机质分解，降低了土壤有机质含量[5]，使得土壤肥力降低、质量下降，影响作物生长，导致蔬菜产量和品质下降[6-7]。 大量研究表明，有机肥替代化肥能够改善土壤质量，协调平衡作物养分供应，对作物产量和品质具有积极影响[8-10]。

本研究通过分析不同比例有机肥替代化肥对设施番茄产量、品质及土壤性状的影响，以探求能够协调设施番茄产量和品质形成、改善土壤质量的合理施肥方法和用量，为设施番茄绿色可持续高质量发展提供合理的施肥方案及参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2021年1—5月在山东省菏泽市定陶区黄店镇黄东村设施大棚进行。 耕层土壤基础理化性状:有机质含量21.54 g/kg、碱解氮118.14 mg/kg、有效磷81. 84 mg/kg、 速效钾132. 06 mg/kg，pH 值7.84。

供试番茄品种为粉娜918。 试验用肥料为腐植酸复合肥(17-17-17S)、有机肥(有机质60%，N-P-K 总养分为3%+6%+1%＝10%)、水溶肥1(N-P-K＝20-20-20)、水溶肥2(N-P-K＝13-7-40)，均由山东农大肥业科技股份有限公司提供。

1.2 试验设计及方法

试验采用随机区组设计，共设置7个处理(表1)，重复3 次。 小区面积为38.5 m2，每小区6行。 番茄移植栽种前2 天进行整地施肥，腐植酸复合肥和有机肥作为基肥一次性施入。 各处理追肥一致。 番茄于2021年1月5日移植栽种，株距30 cm，行距65 cm，种植密度51 300 株/hm2。 于2021年1月20日冲施水溶肥1(20-20-20)150 kg/hm2，每隔15 天随水冲施1 次，共冲施3 次；于3月10日冲施水溶肥2(13-7-40)150 kg/hm2，每隔15 天随水冲施1 次至生长周期结束。 于4月15日开始采摘，至5月28日收获完毕。 各处理其他田间管理保持一致。

表1 试验处理方案kg/hm2

1.3 测定指标及方法

1.3.1 产量指标测定每小区随机选择3个点，每点连续调查10 株，统计番茄单株坐果数，计算平均单株坐果数；随机采收50个成熟转色商品果称重，计算平均单果重；产量计算公式:产量＝株数×单株结果数×果重×0.9(缩值系数)。

1.3.2 品质指标测定番茄可溶性糖含量采用3，5-二硝基水杨酸法测定，可滴定酸采用氢氧化钠滴定法测定，VC 采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定，可溶性固形物含量采用手持折射仪测定，含水率采用烘干法测定。

1.3.3 土壤指标测定有机质含量采用重铬酸钾容量法测定，碱解氮采用凯氏定氮法测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法测定，速效钾采用醋酸铵浸提火焰光度法测定，pH 值采用pH计测定，微生物数量测定采用平板计数法。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2019 软件进行数据整理与作图，使用SPSS 软件进行方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同比例有机肥替代化肥对番茄产量的影响

由表2 可知，不同比例有机肥替代化肥对番茄单株坐果数和单果重均无显著影响。 CK 单株坐果数最多，为16.62个，有机肥替代化肥各处理降低单株坐果数0.12%～7.10%。 T3 处理单果重最大，为0.206 kg，T4 处理单果重最低，为0.174 kg。 除T4 处理外，各有机肥替代化肥处理番茄单果重较CK 均有不同程度提高，增幅为2.14%～10.16%。

表2 不同比例有机肥替代化肥对番茄产量及其构成的影响

由表2 看出，各处理番茄产量为121 110 ～147 600 kg/hm2。 T4 处理产量显著低于其他处理，其他各处理较CK 均有一定程度提高，但无显著差异。 T1、T2、T3、T5、T6 处理较CK 分别提高0.94%、0.59%、5.17%、4.13%和2.76%，T3 处理增产效果最好。

2.2 不同比例有机肥替代化肥对番茄果实品质的影响

不同比例有机肥替代化肥对番茄品质的影响不同(表3)。 有机肥替代比例达25%及以上处理(T3 ～T6)番茄可溶性糖含量均高于CK，增幅为5.81%～11.61%，但未达差异显著水平，其中T3、T6 处理可溶性糖含量较高，较CK 分别提高11.00%、11.61%；各有机肥替代处理番茄可溶性固形物含量均高于CK，T1 处理增加最多，增幅为9.17%， T3～T6 处理增幅为1.39%～7.50%；除T2处理外，各有机肥替代比例处理番茄VC 含量均有提高，T5 处理最高，与CK 差异显著，T3 ～T6 处理较CK 增加5.38%～12.05%，但有机肥替代比例达到100%时，VC 含量会有小幅度下降；各有机肥替代处理番茄固酸比均高于CK，T1 增幅最大，为12.98%，T3～T6 处理增加0.29%～7.18%；与CK相比，有机肥替代比例对番茄含水率、可滴定酸含量无显著影响。

表3 不同比例有机肥替代化肥对番茄品质的影响

2.3 不同处理番茄果实品质综合评价分析

对番茄产量、可溶性糖含量、含水率、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比6个指标进行主成分分析(表4)。 根据主成分载荷矩阵和特征值计算主成分特征向量，表达式如下:

表4 主成分特征值、贡献率、累计贡献率及特征向量

式中:Y1、Y2分别代表第1、2 主成分；X1～X6分别代表番茄产量、可溶性糖含量、含水率、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比。

根据各主成分特征值、贡献率，结合方程Y1、Y2构建番茄品质综合评价模型，将贡献率作为分配系数，得到方程:Y ＝0.35X1+0.18X2+0.01X3+0.28X4-0.36X5+0.58X6。

图1 显示番茄果实品质综合评价得分结果，各处理表现为T3＞T6＞T5＞CK＞T4＞T2＞T1。 其中T3、T6 和T5 为正值，T3 综合评价指数最高，为1.147。

图1 各处理主成分综合评价得分

2.4 不同比例有机肥替代化肥对土壤理化指标及微生物数量的影响

由表5 看出，有机肥替代化肥对土壤碱解氮、有效磷、有机质含量、真菌和放线菌数量均未造成显著影响。 各处理土壤碱解氮含量在116.59 ～135.38 mg/kg 之间，T1 处理最高，T2 处理最低；除T1 外，其他有机肥替代处理土壤速效钾含量较CK 均有提高，提高幅度为153.09%～495.80%，其中T3 ～T6 处理提高399.26%～495.80%；各有机肥替代处理土壤有机质含量较CK 提高5.63%～30.65%，但差异均未达到显著水平，其中T3 ～T6处理提高8.47%～30.65%；有机肥替代处理降低土壤pH 值，较CK 低0.01～0.62个单位，其中T3、T4、T5 处理与CK 差异显著。

表5 不同比例有机肥替代化肥对土壤理化指标及微生物数量的影响

各处理土壤细菌数量在(0.13 ～0.43)亿个/g之间，除T1 处理外，其他有机肥替代处理的细菌数量均高于CK，T3～T6 处理提高0 ～207.14%，T3处理细菌数量最高；真菌数量在(2.83 ～6.53)万个/g 之间，除T2 处理外，其他有机肥替代处理的真菌数量均高于CK，但差异均未达到显著水平，T3～T6 处理提高5.11%～45.11%。 各处理土壤放线菌数量均无显著差异。

3 讨论与结论

有机肥营养元素齐全，养分具有缓释性，有机肥替代部分化肥，能够不同程度地提高作物产量和品质，最优替代量及作用效果受施肥量、土壤肥力、作物种类等多重因素的影响[11]。 张国龙等[12]的研究表明，有机肥替代50%化学养分时对茄子产量提升和品质改善效果最佳，可显著增产33%，可溶性糖含量增加63%，硝酸盐含量降低35%。 江波等[13]的研究表明，相较于全量化肥，有机肥替代处理的辣椒产量增加2.3%～13.1%，维生素C 和还原糖含量分别提高4.4%～11.5%和23.9%～63.5%，有机氮替代50%时的效果最佳。郑福丽等[14]的研究表明，有机肥氮替代比例在10%～30%范围，番茄产量随着替代比例的增加而提高。 本研究表明，相较于CK，有机肥替代化肥降低番茄坐果数；除T4 处理外，其他有机肥替代处理均增加单果重和产量，单果重增幅为2.14%～10.16%，产量增幅为0.59%～5.17%。 T3 处理产量最高，为147 600 kg/hm2。 相较于CK，低比例有机肥替代处理番茄可溶性糖(T1、T2)、VC 含量(T2)降低；T3～T6 处理番茄可溶性糖、VC 含量均有不同程度增加，可溶性糖含量增幅为5.81%～11.61%，VC 含量增幅为5.38%～12.05%；有机肥替代处理的固酸比均高于CK，较CK 提高0.29%～12.98%。 通过对番茄产量和品质指标进行主成分分析，T3 处理综合评价指数最高。

有机肥替代化肥能够改善土壤质量，协调平衡土壤养分供应，促进作物养分吸收，是实现作物优质高产的重要技术途径[15-17]。 本研究表明，有机肥替代化肥一定程度上能够增加土壤速效钾、有机质含量，降低土壤pH 值，增加土壤细菌和真菌生物量，对土壤碱解氮、有效磷含量和放线菌数量未产生显著影响。 相较于CK，T3 处理土壤速效钾含量提高495.80%，有机质含量提高30.65%，pH 值降低0.62个单位，细菌数量增加207.14%，真菌数量增加5.11%，T3 处理具有良好的改善土壤理化状况、提高土壤肥力、增加土壤微生物数量的作用。

综上所述，25%的有机肥替代比例为协调设施番茄增产、提质、改善土壤的最优替代比例。